實驗課件及習題答案7測試技術(shù)信號調(diào)理

《機械工程測試技術(shù)》授課：劉輝山東建筑大學機電工程學院2007§2－5實現(xiàn)不失真測試的條件時域：輸出y(t)和輸入x(t)滿足關(guān)系：y(t)=A0x(t—t0)A0、t0

——常數(shù)。t0tx(t),y(t)x(t)y(t)=A0x(t)y(t)=A0x(t-t0)一、不失真的含義頻域0

(w

)=

-t

wjA(w

)=

A0y

(

t

)

=

A

0

X

sin[

w

(

t

-

t

0

)]x

(

t

)

=

X

sin

w

t

A0－t0wA(w),j(w)w二、信號的失真幅值失真信號的失真相位失真幅值失真：A(w)不等于常數(shù)時所引起的失真，稱為幅值失真；相位失真：j(w)與w之間的非線性關(guān)系所引起的失真，稱為相位失真討論：不同信號通過系統(tǒng)失真問題x(t)

=

X

sin

wti

ix(t)

=

X

sin

w

t系統(tǒng)i

i

i

iy(t)

=XA(w

)

sin[w

t

+j

(w

)]y(t)

=

X

A(w

)

sin[w

t

+j

(w

)]1、單一頻率信號一般無失真問題。只需注意避免幅值進入非線性區(qū)。含有多種頻率成份的信號當被測信號頻帶<0.58w

n或<1/t時，不失真；當頻率成份在(0.6~2)wn區(qū)域時，信號的幅值失真和相位失真尤其嚴重。（見圖）三、不失真測量對系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)的要求一階系統(tǒng)被測信號的通頻帶為：w

＝0～0.2(1/t)即：選擇測試裝置，使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率(1/t)為被測信號頻率w的5倍。-4

00-1

0-2

0-3

0Mag[dB]0-2

0-4

0-6

0-8

0-

1

0

0Phase[degree]1/t0.1(1/t)10(1/t)1/t0.1(1/t)10(1/t)2.

二階系統(tǒng)應(yīng)滿足條件阻尼條件：使系統(tǒng)具有最佳阻尼比；頻率條件：通頻帶約為0~0.58wnw

=

(0

~

0.58)w

nx

=

0.6

~

0.80．

1wnw

n10w

n0.1wnw

nz=0.1wn10w

n

0.1wn10

wnwn0.1wn10

wnz=0.707對輸入信號作適當?shù)那爸锰幚怼獮V波避免頻率接近wn的噪聲干擾信號進入使組成系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)均基本滿足不失真測量的要求。0j

(w

)=

-

t

w四、避免信號失真的措施——將失真限制在一定的誤差范圍內(nèi)1.

適當選擇測試裝置，在測試頻率范圍內(nèi)，滿足：

A

(w

)?A0

=常數(shù)第五章、信號調(diào)理、處理和記錄本章內(nèi)容：信號調(diào)制解調(diào)原理信號濾波器工作原理信號調(diào)理的目的：便于信號的處理與傳輸1.傳感器輸出的微弱電信號，需要進一步放大，或阻抗變換。2.對混雜有干擾噪聲的傳感器輸出信號，需要濾除噪聲，提高信噪比。3.對于遠距離傳輸?shù)男盘?，需要進行調(diào)制、解調(diào)處理。§5－2

信號的調(diào)制與解調(diào)緩變被測信號不適于放大和傳輸需要將其轉(zhuǎn)換為高頻信號——調(diào)制顯示前再恢復(fù)原信號——解調(diào)。傳感器調(diào)制。。。解調(diào)顯示非電量電量調(diào)制例：單臂交流電橋uy＝(1/4)(DR/R)Usin2pfo

tDR/RR1–

DRRRRu0U0＝umsinwtuy一、有關(guān)名詞調(diào)制：使一個信號的某些參數(shù)，在另一個信號的控制下，而發(fā)生變化的過程載波：前一個信號稱為載波，一般為較高頻率的交變信號調(diào)制信號：后一信號，一般為緩變的被測信號已調(diào)制信號：最后輸出的信號，它一般便于放大和傳輸4)信號的解調(diào)最終從已調(diào)制信號中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程uy＝(1/4)(DR/R)Usin2pfo

tDR/RU0＝umsinwtRRR1–

DRRuy載波：激勵電壓，頻率為f0調(diào)制信號：被測信號，其最高頻率為fm<<f0已調(diào)制信號（調(diào)幅波）：輸出電壓，最高頻率fo＋fm要求：f0至少數(shù)倍于fM或數(shù)十倍于fM以交流電橋說明信號的調(diào)制術(shù)語二、調(diào)制的種類根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同分為：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相調(diào)幅(AM)y

(

t

)

=

[A

*

x

(

t

)]

cos( 2

p

ft

+

f

)調(diào)頻(FM)+

x

(

t

)]

*

t

+

f

)y

(

t

)

=

A

cos( 2p

[

f

0c)調(diào)相(PM)+

x

(

t

)])y

(

t

)

=

A

cos( 2

p

ft

+

[f

0三、幅度調(diào)制與解調(diào)緩變信號調(diào)制高頻信號放大放大高頻信號解調(diào)放大緩變信號調(diào)幅：將一個高頻正弦信號（或稱載波）與測試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變化而變化．y

(

t

)

=

[

A

0

*

x

(

t

)]

cos(

2pft

+

f

)解調(diào)：用低通濾波器濾去高頻成分，恢復(fù)原測試信號。調(diào)幅信號的頻域分析x(t)y(t)

X(f)*Y(f)（一）調(diào)幅與整流檢波1.

調(diào)制前，將調(diào)制信號進行偏置，使調(diào)制信號都在零線的一側(cè)2、解調(diào)：簡單地整流、濾波低通濾波二極管檢波3、調(diào)幅波的波形失真若直流偏置不夠大，則x(t)的相位將發(fā)生180o

誤差。（三）同步調(diào)制與解調(diào)由于調(diào)幅波具有極性變化，解調(diào)時必須參照原載波進行相敏檢波方能復(fù)原出原信號，故稱同步解調(diào)．2.

相敏檢波技術(shù)xm(t)=x(t)y(t)=

x(t)umsinwtxm(t)－調(diào)幅波既能檢出包絡(luò)線的大小，又能檢出包絡(luò)線極性的檢波器，稱為相敏檢波器1）調(diào)制波具有極性變化X(t)x(t)－調(diào)制信號y(t)=umsinwty(t)－載波2）相敏檢波與原載波比較檢出極性變化xm

(t)與y

(t)同相，uf(t)>0，|uf|=|xm|

y(t)與xm(t)反相，uf(t)<0，|uf|=|xm|幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）乘法器x

m(t)放大器x(t)濾波器乘法器y(t)x(t)y(t)u(t)相敏檢波的電路實現(xiàn)D3D4D2xm4D12BY(t)A315uf動態(tài)電阻應(yīng)變儀——電橋與相敏檢波的典型實例放大顯示記錄電橋振蕩器低通試件/應(yīng)變片被測量（應(yīng)變）通過電阻應(yīng)變片輸出。電橋由振蕩器供給等幅高頻振蕩電壓（一般頻率為

10Hz或15Hz）相敏檢波電橋輸出為調(diào)幅波經(jīng)放大，最后經(jīng)相敏檢波與低通濾波器取出所測信號。調(diào)頻是利用信號x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率或者說，調(diào)頻波是一種隨信號x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波.y

(

t

)

=

A

cos( 2p

[

f

0

+

x

(

t

)]

*

t

+

f

)四、頻率調(diào)制鑒頻原理fT1T2T3T4t調(diào)頻波調(diào)頻波的優(yōu)點：抗干擾能力強。因為調(diào)頻信號所攜帶的信息包含在頻率變化之中，并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主要表現(xiàn)在振幅之中．缺點：占頻帶寬度大，復(fù)雜調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要求帶寬的20倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因為頻率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。5.3濾波器帶通濾波濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分．測量信號中有低頻變動1濾波器分類（根據(jù)濾波器的選頻作用分）低通高通帶通帶阻2濾波器的串/并聯(lián)低通濾波器和高通濾波器是濾波器的兩種最基本的形式，其它的濾波器都可以分解為這兩種類型的濾波器的組合。3理想濾波器fc理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器H(f)fj(f)理想濾波器的物理不可實現(xiàn)理想濾波器在時域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù)h（t）為sinc函數(shù)。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標左、右無限延伸。H(f)fc給理想濾波器一個脈沖激勵，在t=0時刻單位脈沖輸入濾波器之前，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。故物理不可實現(xiàn)。4實際濾波器高通、低通濾波器并聯(lián)，得到帶通濾波器幾個帶通濾波器并聯(lián)，使通頻帶更寬0fA濾波器的參數(shù)截止頻率fc：0.707A0所對應(yīng)的頻率．紋波幅度d：繞幅頻特